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【理论研究】无人机蜂群反制技术
发布日期:2022-12-24

近年来,无人机蜂群先后发生了扰乱机场、攻击军事基地和袭击大型油田等诸多极端事件,尤其是阿亚战争爆发,亚美尼亚因缺乏有效反无人机(群)手段而损失惨重。无人机蜂群战场应用的巨大潜力,促使世界各军事强国纷纷加大研发投入,力争扩大对敌不对称优势,以谋求未来战争的主动权。

一、无人机蜂群的威胁类型

(一)无人机蜂群分类

根据反无人机蜂群特征,将无人机蜂群类型划分为三类。

一是无自主时空协同型。该型无人机蜂群不具备自主能力,依赖早期预编程,采取时空协同,以多旋翼无人机平台为主,技术门槛较低,典型代表是广泛应用于灯光秀表演的无人机蜂群。

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二是半自主编组协同型。该型无人机蜂群具备半自主能力,属于“人在回路上”的状态,以同构/异构无人机平台为主,进行编组协同,技术门槛较高,是现在和未来几年研究的重点。

三是全自主任务协同型。该型无人机蜂群具备完全自主能力,属于“人在回路外”的状态,进行任务协同可不依托于通信链路实现自主察打,是无人机蜂群的最高自主形态,技术门槛极高,基于目前技术水平,短期内较难实现。

(二)无人机蜂群反制类型

第一种无人机蜂群可实现成百上千架无人机蜂群的编队飞行,但总体抗干扰能力较弱,若实施导航/通信链路干扰,便可有效反制,处置门槛较低。

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第二种无人机蜂群伴随无人机蜂群关键技术的研发突破,可实现协同态势感知、智能自主组网及协同飞行控制,抗干扰/毁伤能力较强,但仍依赖指控链路、群间通信和导航定位等技术,传统软杀伤/硬摧毁手段仍具备一定的反制能力,可通过加强反制技术研究,提升体系有效反制能力。

第三种无人机蜂群具备强自治能力,以瘫痪体系的软杀伤手段难以收到较好效果,硬毁伤措施也难以有效杀伤。现有反制技术存在瓶颈,需积极探索新型无人机蜂群反制技术。

二、无人机蜂群的技战术弱点分析

无人机蜂群具有隐蔽性高、抗毁性强、效费比高等巨大优势,但其整体作战能力与技战术性能仍存在不少弱点,这是无人机蜂群的“软肋”,也是反无人机蜂群作战的关键切入点。 

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1.平台能力低下

受无人机蜂群低成本、轻量化和小型化的限制,无人机平台的机动性、续航能力和承载能力较差,从物理域上限制了单架无人机的极限性能。

2.载荷性能不高

受无人机蜂群的成本限制,单架无人机的体积、重量及功耗十分有限,携带的各类载荷性能必须进行折衷设计,致使传感器性能、机载通信、计算和存储能力低下。

3.体系支撑脆弱

分布式架构鲁棒性差的问题突出。无人机蜂群采用分布式架构设计,可实现去中心化,扩充性较好,利于提高战场生存性。

三、无人机蜂群反制技术的可行性分析

根据无人机蜂群的战术特点及弱点,剔除反制效能低下的技术,针对性分析出有效的反无人机蜂群技术体系。 

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(一)平台摧毁类

摧毁无人机蜂群的飞行平台,可迅速消除无人机蜂群的威胁,有“立竿见影”之效。

1.传统防空手段

传统火炮、高射机枪炮等密集型火力武器具备高射击速度,可通过构建密集火力网快速拦截无人机蜂群;防空反导武器等精确制导武器具备较高的射击精度,可精准打击无人机蜂群。

2.新型弹药技术

(1)网弹技术。采用发射网弹或大型无人机挂载网枪捕获无人机蜂群,具有性价比高、可重复使用的特点。

(2)微型导弹。采用可见光成像制导方式,动态追踪近距小型无人机,具有成本低、体积小、可靠性高的突出特点。

(3)集束弹药。以毁伤面目标为主的常规弹药,具有火力密集、覆盖面积广、毁伤效能大等特点,适合拦截空中蜂群目标。

(二)载荷毁伤类

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1.电子器件毁伤

(1)高功率微波武器。利用高功率微波波束击穿或烧毁无人机电子器件,具有受环境影响小、攻击速度快、杀伤范围广、无附带损伤、难以防护和效费比高等特点。

(2)高压水枪。具有无附带损失、廉价高效、无污染、操作简单的优势。利用高压水枪或水炮进行高压攻击,不仅能够破坏和驱散无人机蜂群,也增大了器件损坏(短路)概率。

2.辐射毁伤

(1)激光致盲。低能激光武器能量虽不足以毁伤无人机,但利用激光束照射无人机光电传感器,可使其受到干扰、失效、过曝,从而影响其探测功能。

(2)电磁脉冲炸弹。可将电磁能量分布到宽频带内,采用与电子干扰系统相同的工作方式,产生足以暂时扰乱或致盲无人机蜂群机载数据通信链路的微波功率,可毁伤其通信、探测和导航系统。

(三)航程消耗类

1.摧毁蜂巢——“释放”阶段消耗利用传统防空系统早期发现并摧毁投送平台,实现“御敌于防区之外,歼敌于未发之中”,将作战航程“归零”。

2.伪装遮障——“观察”阶段消耗

1)遮蔽干扰。在重点区域和重要目标周围施放宽波段烟幕进行遮蔽干扰。遮蔽烟幕透过率低于15%时,无人机被动红外成像系统将无法显示完整的图像。

(2)伪装隐蔽。对重点目标采取降温、绝热、喷洒消光材料或覆盖伪装物等措施,进行反可见光/雷达侦察伪装,降低目标与背景之间的对比度,增加无人机识别目标难度。

3.诱饵欺骗——“判断”阶段消耗在重要目标周围可布设大量外形、尺寸、体积和频谱等光学特征及电磁特征相似的光电/雷达诱饵,增加无人机辨别真假目标的难度,从而在“判断”阶段消耗其航程。

(四)链路干扰类

1.指控链路干扰与欺骗

(1)压制式干扰。这是指控链路干扰的主要方式,技术相对成熟,成本较低,系统操作简单,干扰效果显著。自组网的集群架构具备一定的网络自愈性。干扰装备需满足宽频率、大功率、全方向的干扰条件,干扰难度较大,对周围用频设备影响较大,存在附带损伤,需谨慎使用。

(2)电子围栏。这是为了防止无人机集群进入某一特定区域所采取的办法,技术难度不高,成本较低,并具备无人值守、灵活性高等优点,可作为重要末端防护手段。

(3)控制信号干扰,这类方法可分为两种。

一是通信链路劫持,通过长期的侦听,分析破译出非合作目标无人机通信数据链的工作频段频率、协议和加密等关键参数,通过向无人机发送虚假控制指令,实行欺骗控制。二是转发跟踪式干扰,即一旦侦测敌方指控链路信号,迅速进行同频或延时转发;也可通过随机改变信号编码,如改变其中一位二进制编码,打乱其战场行动。

2.导航链路干扰与欺骗

与单架无人机不同,无人机集群凭借其功能分布化,可采用GPS、BDS、Galileo以及GLONASS等两种或多种组合导航的方式。

在以下几种情形下,导航链路干扰与欺骗效果不佳:①采用GPS 军码导航,导航欺骗无效;②无人机集群内部有高精度惯性导航系统(INS)或者激光陀螺等导航设备,一旦受到导航干扰或导航欺骗误差超过INS的阈值,会转为纯惯性导航模式,令导航链路干扰与欺骗手段失效。

(五)综合防护类

总体来看,反无人机集群难度较大,尚无能够实现100% 拦截的反制体系。对于重要的核心目标,反制原则应以防护为主。目前,日常要地防护大多集中于二维的平面防护,缺乏应对空中威胁的防护措施,应加强关键薄弱点的立体防护,提升整体抗毁能力。

(六)主动反制类

在传统被动防御思维模式下,反无人机集群作战存在态势感知滞后、防御范围有限、反制装备运动局限等问题,而基于无人机平台的反无人机集群技术具有主动防御、空地协同、部署灵活、机动性强以及精确高效的优势。

总体而言,现有无人机集群反制技术的发展落后于无人机集群技术发展。面对日益紧迫的无人机集群威胁,应立足现有无人机集群反制技术,坚持以联合作战、体系作战为突破口,以反无人机集群需求为导向,精心谋划侦察预警、联合截击、网电抗击、综合防卫等作战行动,以体系优势弥补现有技术不足。


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